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举个栗子:一个基因就让老鼠“不怕”猫?

日报 举个栗子 2年前 (2017-11-16) 313次浏览 0个评论 扫描二维码

举个栗子:一个基因就让老鼠“不怕”猫?

老鼠嗅到猫的存在,它会本能地躲避猫,以免成为盘中餐。那么老鼠是如何做到的?美国西北大学一项关于嗅觉受体的研究表明,造成“老鼠怕猫”行为的关键,就是一个基因

神经生物学家托马斯·波扎(Thomas Bozza)领导的研究团队发现,敲除老鼠的一个嗅觉受体基因,就会造成其行为上的变化。TAAR4,这个基因编码一个受体,这个受体对食肉动物尿液中一种丰富的化学物质产生应答。正常的老鼠具有本能地避开捕食者气味的能力,相反,缺少 TAAR4 基因的老鼠则不会。

这项 4 月 28 日发表在 Nature 的研究,让我们对嗅觉有了新的理解:仅仅是一个基因之差,结果就会大不同。

与视觉相比,我们对嗅觉受体的研究非常少。色觉的产生依赖于眼中感觉神经元的三种光敏受体的协同作用。如果其中一种光敏受体产生突变,就会造成色盲。“要理解这三种光敏受体的重要性以及其进化历程并不困难,但嗅觉系统更为复杂。” 波扎说道,他是这项研究的作者,同时也是温伯格文理学院的神经生物学助理教授。

人类有三种色觉受体,而嗅觉受体相关基因则有 380 个,老鼠甚至有 1000 多个嗅觉受体基因。而且,咖啡香味和香水这些普通的气味往往就能激活很多嗅觉受体。波扎说:“在嗅觉研究领域,人们有一个普遍共识,缺少一个嗅觉受体基因是不会对嗅觉造成严重影响的。” 波扎和他的同事希望验证这一假设,他们通过基因手段去除一类特定的受体基因,这类受体是“追踪胺类物质”的受体。

波扎的团队发现,TAAR 基因对胺类物质极为敏感,这类胺类物质在生物体内广泛存在,并且主要存在于腐烂物质和代谢物中。老鼠和人一样,都会本能地避开这些难闻腥臭的胺类物质。

波扎团队的博士后亚当·德文(本研究的第一作者)以及硕士罗德里格·帕西菲科,他们培育出了缺少所有 14 个 TAAR 基因的老鼠。发现,这些老鼠不再反感胺类物质。随后,研究者仅仅只敲除 TAAR4 基因,TAAR4 基因编码的受体仅对苯乙胺做出应答,苯乙胺是一种在食肉动物尿液中含量很高的物质。有趣的是,缺少 TAAR4 的老鼠不会对苯乙胺做出应答,换句话说,它们不再害怕嗅到猫的尿液,但对其他胺类物质却没有此反应。“看到这样的选择应答真是太激动人心了,只要敲除老鼠的一个嗅觉受体基因,就能改变它们的行为。”德文说。

到目前为止,研究人员发现的所有的哺乳动物中都存在 TAAR 基因,人类也一样。“事实上,这么多动物保留有 TAAR 基因,这就意味着这类基因对于我们的生存十分重要。” 波扎说。

我们认为 TARR 基因能使动物对胺类物质十分敏感。另外,TAAR 基因对人类的作用也许是让我们避开富含胺类的腐烂物质。确切地说,TAAR 基因的作用机理或许是向大脑的特定区域传递信号,这些区域与动物的反感逃避行为有关。

波扎团队近期发现,人类鼻子中表达 TAAR 基因的神经元与嗅球的特定区域连接,嗅球是脑中接收嗅觉信号的第一站。这项研究表明,TAAR 基因在老鼠中导致对胺类物质的特定应答,人类也不例外。“我们希望通过这项研究揭示特定的大脑回路,这将为我们研究哺乳动物的本能行为奠定基础,这也有助于我们研究神经回路是如何影响行为的。” 波扎称。

这项研究由以下单位提供经费资助:美国国立卫生院耳聋与其他交流障碍性疾病研究所 (National Institute on Deafness and Other Communication  Disorders , NIDCD),美国白宫基金会 (The Whitehall Foundation),以及美国脑研究基金会(Brain Research Foundation,BRF)。


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